基于自动控制理论的自适应光学控制系统优化

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1、第３８卷第５期激光技术Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．５２０１４年９月ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＳｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１４文章编号：１００１-３８０６（２０１４）０５-０６９２-０６基于自动控制理论的自适应光学控制系统优化１１倡２１曾明，沈建新，钮赛赛，梁春（１．南京航空航天大学机电学院，南京２１００１６；２．上海航天控制技术研究所，上海２００２３３）摘要：为了满足自适应光学系统实时快速的工作要求，将自动控制理论引入到自适应光学系统中，在不改变系统硬件性能的基础上对系统的控制部分进行了研究。首先，对自适应光学闭环控制系统进行

2、分析，将其模块化并建立相应的数学模型；其次，在自动控制理论基础上设计控制器和相应的控制算法，并分析了控制器的性能；最后，将自动控制理论的控制方法与人眼波前像差校正相结合，使控制算法应用到自适应光学系统波前像差的校正中。结果表明，相对于传统的自适应光学系统控制方法（纯积分控制和比例-积分控制），Ｓｍｉｔｈ预补偿控制使自适应光学控制系统具有较高的闭环带宽和较好的动态、稳态控制性能；在模拟人眼波前像差迭代校正过程中，Ｓｍｉｔｈ预补偿控制器校正残余像差的快速性最好；在实际人眼动态像差校正中，Ｓｍｉｔｈ预补偿控制校正的残余像差值

3、达到最小，有利于自适应光学控制系统优化。关键词：集成光学；自适应光学；纯积分控制；比例-积分控制；Ｓｍｉｔｈ预补偿控制；波前校正中图分类号：ＴＰ２７３；ＴＰ３０１　　　文献标志码：Ａdoi：１０畅７５１０／ｊｇｊｓ畅ｉｓｓｎ畅１００１-３８０６畅２０１４畅０５畅０２５Optimizationofadaptiveopticalcontrolsystembasedonautomaticcontroltheory１１２１ZENGMing，SHENJianxin，NIUSaisai，LIANGChun（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭ

4、ｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３３，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆａｄａｐｔｉｖｅｏｐｔｉｃｓａｓｓｏｏｎａｓｐｏｓｓｉｂｌｅ，ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆａｕｔｏ

5、ｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙｗａｓａｐｐｌｉｅｄｆｏｒａｄａｐｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｏｕｔｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ．Ａｆｔｅｒａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃｌｏｓｅ-ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆａｄａｐｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ

6、ｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｔｈｅｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙ．Ａｆｔｅｒｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｎｄｈｕｍａｎｅｙｅｗａｖｅ-ｆｒｏｎｔａｂｅｒｒａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅａｂｅｒｒａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅＳｍｉｔｈｅｓｔｉｍ

7、ａｔｉｎｇｐｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｈａｓｈｉｇｈｅｒｃｌｏｓｅｄ-ｌｏｏｐｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｂｅｔｔｅｒｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｔｈａｎｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ-ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ（ＰＩ）ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅＳｍｉｔｈｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｐｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｈａｓｂｅｔｔｅｒｓｐｅｅｄｉｎｓｔａｔｉｃａｂｅｒｒａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｏｇｕｓｍｏ

8、ｄｅｅｙｅａｎｄｍａｋｅｓｔｈｅｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅｌｅａｓｔｉｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃａｂｅｒｒａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆｈｕｍａｎｅｙｅ．ＳｏｔｈｅＳｍｉｔｈｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｐｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｃａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆａｄａｐｔｉｖｅｏｐｔｉｃｓ．Ke